《计算机组成原理》课程教学大纲.docx

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《计算机组成原理》课程教学大纲课程基本信息课程名称（中文）计算机组成原理课程名称（英文） Computer Organization Principles 课程类别：学科基础课程课程性质必修授课语言中文授课学期第4学期学分 4 课程学时及分配总学时讲课实验课外 64 48 16 适用专业物联网工程等授课学院计第机与软件学院先修课程大学物理n、电路11、电子技术基础后续课程微机原理与接口技术、无线传感网络技术। 课程简介课程基本定位：本课程为物联网工程专业专业主干课。该课程的教学目的是使学生理解常用计算机组成与系统结构工作原理，能够运用所学理论知识，进行计算机系统的运行能分析、计算，正确开展实验，为后续“微机原理与接口技术”、“无线传感器网络”等专业课程打卜基础，同时为从事物联网工程技术工作和科学研究奠定初步基础。课程复杂工程问题：《计算机组成原理》中的“复杂计算机模型系统设计”是计算机由CPU、存储器、中断控制器、总线以及实现逻辑和各部件之间的接口关系，依照工程实际需求，融合个性需求，将工业现场环境的参数与计算机系统有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现一个模型计算机，属于“复杂工程问题”。该课程设计要求学生在学习基本电路的基础上，综合运用传感器、电子线路、通信、嵌入式系统等多方面专业知识，考虑如何启效扩展存储器容量方面问题，在查阅相关资料基础上，深入分析形成设计方案。在调试过程中，需要使用多种现代工具（如测量仪器、电子设计自动化），同时在整个过程中培养学生的团队合作精神、沟通能力、工程管理等多项毕业要求。在本专业培养方案中多项教学活动均涉及到解决“复杂工程问题”能力的培养。核心学习结果：结合自主学习，理解计算机的原理、结构及运行特性；能够在学习小组中，运用计算机的相关专业知识，分析计算机控制系统的复杂工程问题，设计合适的解决方案，并正确有效地开展实验验证工作。主要教学方法：讲授、案例、实验、专题研讨大纲更新时间二、课程目标工程设计软件应设计开发的能力。设计软件应设计开发的能力。目设计软件应设计开发的能力。目设计软件应设计开发的能力。设计软件应设计开发的能力。七、参考书目及学习资料1、袁春风，《计算机组成与系统结构》（第2版），清华大学出版社，2015年 2、袁春风，《计算机组成与系统结构习题解答和教学指导》（第2版），清华大学出版社，2016年课程总目标课程子目标达成方法 1.知识 1.1 :掌握数据的机器级表示以及运算方法和运算部件； L2：掌握计算机指令系统以及中央处理器；. 1.3 ：掌握指令流水线，与CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序； 1.4 ：掌握计算机系统分层体系结构。讲授、实验、案例、专题研讨。 2.能力 2.1 ：具有计算机应用系统软硬件设计与开发能力； 2.2 ：具有接口电路控制字编程、初始化编程应用能力； 2.3 ：具有工程应用与工程设计软硬件设计开发能力； 2.4 ：能够就微机系统复杂工程问题的求解，在学习小组中，充分发挥组织、协调能力，与小组成员有效沟通，合作解决问题。讲授、实验、案例、专题研讨。 3.素养 3.1：拥有求真务实、切问近思等科学精神。实验、专题讨论。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号支撑的毕业要求指标点课程目标 1 指标点L 2:能够运用数学、工程基础和专业知识的基本概念、基本理论和基本方法对物联网工程领域的智慧标识和感知、信息传送和智能处理环节的复杂工程问题进行数学建模并求解。课程目标LL 1,2 课程目标2. 1,2.2 2 指标点2.2:应用数学、自然科学、工程科学和专业知识的基本原理，针对物联网工程领域的智慧标识和感知、信息传送和智能处理等环节的复杂工程问题进行抽象、描述和表达。课程目标1.3, L 4 课程目标2.3 3 指标点4.1：能够根据物联网工程领域的智慧标识和感知、信息传送和智能处理环节的系统需求，通过文献研究，利用理论分析等手段，给出相关复杂工程问题的解决方案。课程目标3.1 指标点IL 2：掌握物联网工程项课程目标2. 4 课程目标2. 4 4目全生命周期各过程管理的基本、理论教学环节及基本要求、理论教学环节及基本要求方法和技术。章标题教学内容学时预期学习成果（描述学生在学完本节内容后其知识、能力或素养预期成果到达的程度，后同）教学方式（讲授、专题研讨、案例、实验、实地调研等，但不限于此）课程目标第一章计算机系统概述 2 熟悉计算机系统层次化结构，了解计算机性能测量和评价指标以及计算机性能影响因素。讲授、案例目标1.1 目标2.1 第二章数据的机器级表示 4 掌握真值与编码表示数之间的转换方法、奇偶校验、海明校验的基本原理以及CRC码校验的计算和检错方法。讲授、案例、作业目标1.2 目标2.2 第三章运算方法和运算部件 8 掌握定点数的逻辑移位、算术移位和扩展操作方法，补码加减运算方法、浮点数加减运算方法以及算术逻辑单元的功能结构。讲授、案例、实验、作业目标L3 目标1.4 目标2.3 第四章指令系统 6 掌握指令系统设计中的有关指令格式、操作数类型、寻址方式、操作类型。讲授、案例、实验、作业目标1.4 目标L4 目标2.1 第五章中央处理器 6 掌握CPU的主要功讲授、案例、专目标L3 犯能、CPU的内部结构、指令的执行过程、数据通路的基本组成、数据通路的定时、数据通路中信息的流动过程。题研讨、作业目标L4 目标2.4 第六章指令流水线 4 掌握现代计算机 CPU是如何执行指令，在指令流水线中如何处理异常和中断。讲授、案例、专题研讨目标1.4 目标2.2 第七章存储器分层体系结构 6 掌握存储器分层体系结构的几类存储器的工作原理和组织形式。讲授、案例、专题研讨、作业目标1.3 目标L4 目标2.2 第八章互联及输入输出组织 4 掌握现代计算机中各主要模块之间的总线互联方式，以及输入输出系统涉及的软硬件概念和知识体系。讲授、案例、专题研讨目标L4 目标3.1 五、实践（实验）教学环节及基本要求编号实践（实验）工程名称教学内容学时实验类型预期学习成果课程目标 1 补码表示实验分析简单C语言程序中与数据表示相关的执行行为，通过实际代码执行验证真是计算机中数据表示的编码体系。 2 设计掌握获取C语言变量机器码的方法，培养数据表示层面的基本的软硬件协同系统观。目标2.1 目标2.4 2 海明校验码设计实验设计海明码校验编码电路，并设计海明码校验解码电路并进行相应的传输测试。 2 设计掌握海明校验码设计原理与纠错性能，能独立设计实现目标2.3 目标2.4 汉子编码的海明校验编码体系，并最终哎实验环境中利用硬件电路实现对应的编码电路。 3 串行通信设计实验在Logisim模拟器中翻开文件，在对应的子电路中利用已经封装好的全加器设计8位串行可控加减法电路。 2 设计能够掌握1位全加器的实现逻辑，掌握多位可控加减法电路的实现逻辑，在软甲那种实现多位可控加减法电路。目标2.3 目标2.4 4 RAM组件实验在数据表示实验的工程文件中新增子电路，复制流水传输测试电路，改造改电路中编码流水传输的第五阶段。 2 设计掌握 Logisim 平台中RAM 组件的基本使用方法，进一步熟悉流水传输控制机制。目标2.2 目标2.3 目标2.4 六、课程评价 (一)考核内容、考核方式与课程目标对应关系课程目标考核内容考核方式及占比(%) 成绩 (%) 作业课程实验考试目标1.1 是否理解数据的机器级表示以及运算方法和运算部件。 2.5% 2.5% 2.5% 7.5% 目标L2 是否理解计算机指令系统以及中央处理器。 2.5% 2.5% 7.5% 12.5% 目标L3 是否理解指令流水线，与CPU 连接及编制响应的初始化程序和应用程序。 2.5% 2.5% 7.5% 12.5% 目标1.4 是否理解计算机系统分层体系结构。 2.5% 2.5% 10% 15% 目标2.1 是否具有计算机应用系统软硬件设计与开发能力。 2.5% 2.5% 7.5% 12.5% 目标2.2 是否具有接口电路控制字编程、初始化编程应用能力。 2.5% 2.5% 10% 15% 目标2.3 是否具有工程应用与工程设计软硬件设计开发能力。 2.5% 2.5% 15% 20% 目标2.4 能够就微机系统复杂工程问题的求解，在学习小组中，充分发挥组织、协调能力，与小组成员有效沟通，合作解决问题。 2.5% 2.5% 目标3.1 课程实验环节是否能够反映求真务实、切问近思等科学精神。 2.5% 2.5% 合计 17.5% 22.5% 60% 100% (二)考核方式评分标准 1.评分标准总体说明： (1)本课程通过知识讲授、实验、课程考试等环节组成，最终要求学生能够认真完成实验和作业，通过课程考试。 (2)总评成绩由期末考试、作业和实验环节构成，各项课程子目标成绩按五等百分制评定，根据考核方式及占比表中规定的比例折算得到个人最终成绩。 2.评分标准分项说明(1)课程作业评分标准课程目标评分标准 90-100 （优） 80-89 （良） 70-79 （中） 60-69 (及格) 0-59 (不及格) 目标1.1: 能够深入理解数据的机器级表示以及运算方法和运算部件。能够较好地理解数据的机器级表示以及运算方法和运算部件。能够理解数据的机器级表示以及运算方法和运算部件。基本理解数据的机器级表示以及运算方法和运算部件。不理解数据的机器级表示以及运算方法和运算部件。目标1. 2：能够很好地理解计算机较好地理解计算机指令系统能够理解计算机指令系基本理解计算机指令系不理解计算机指令系统指令系统以及中央处理器。以及中央处理器。统以及中央处理器。统以及中央处理器。以及中央处理器。目标1. 3：能够深入理解指令流水线，与CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序。能够较好地理解指令流水线，与CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序。能够理解指令流水线，与 CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序。基本理解指令流水线，与 CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序。不理解指令流水线，与 CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序。目标L 4：很好地理解计算机系统分层体系结构。较好地理解计算机系统分层体系结构。能够理解计算机系统分层体系结构。基本理解计算机系统分层体系结构。不理解计算机系统分层体系结构。目标2. 1 ：具有很强的计算机应用系统软硬件设计与开发能力。具有较强的计算机应用系统软硬件设计与开发能力。具有一般的计算机应用系统软硬件设计与开发能力。基本具有计算机应用系统软硬件设计与开发能力。不具有计算机应用系统软硬件设计与开发能力。目标2. 2：具有很强的接口电路控制字编程、初始化编程应用的能力。具有较强的接口电路控制字编程、初始化编程应用的能力。具有一般的接口电路控制字编程、初始化编程应用的能力。基本具有接口电路控制字编程、初始化编程应用的能力。不具有接口电路控制字编程、初始化编程应用的能力。目标2. 3：具有很强的工程应用与工程设计软件应设计开发的能力。具有较强的工程应用与工程设计软件应设计开发的能力。具有一般工程应用与项目设计软件应设计开发的能力。基本具有工程应用与项目设计软件应设计开发的能力。不具有工程应用与工程设计软件应设计开发的能力。（2）课程实验评分标准课程目标评分标准 90-100 （优） 80-89 （良） 70-79 （中） 60-69 （及格） 0-59 （不及格）目标1.1: 能够深入理能够较好地理能够理解数基本理解数不理解数据解数据的机解数据的机器据的机器级据的机器级的机器级表器级表示以级表示以及运表示以及运表示以及运示以及运算及运算方法算方法和运算算方法和运算方法和运方法和运算和运算部件。部件。算部件。算部件。部件。目标1. 2：能够很好地较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算理解计算机算机指令系统算机指令系算机指令系机指令系统指令系统以以及中央处理统以及中央统以及中央以及中央处及中央处理器。器。处理器。处理器。理器。目标1. 3：能够深入理能够较好地理能够理解指基本理解指不理解指令解指令流水解指令流水令流水线，与令流水线，与流水线，与线，与CPU连线，与CPU连 CPU连接及编 CPU连接及编 CPU连接及编接及编制响接及编制响应制响应的初制响应的初制响应的初应的初始化的初始化程序始化程序和始化程序和始化程序和程序和应用程序。和应用程序。应用程序。应用程序。应用程序。目标1. 4：很好地理解较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算计算机系统算机系统分层算机系统分算机系统分机系统分层分层体系结构。体系结构。层体系结构。层体系结构。体系结构。目标2. 1：具有很强的具有较强的计具有一般的基本具有计不具有计算计算机应用算机应用系统计算机应用算机应用系机应用系统系统软硬件软硬件设计与系统软硬件统软硬件设软硬件设计设计与开发能力。开发能力。设计与开发能力。计与开发能力。与开发能力。目标2. 2：具有很强的具有较强的接具有一般的基本具有接不具有接口接口电路控口电路控制字接口电路控口电路控制电路控制字制字编程、初编程、初始化制字编程、初字编程、初始编程、初始化始化编程应编程应用的能始化编程应化编程应用编程应用的用的能力。力。用的能力。的能力。能力。目标2. 3：具有很强的具有较强的工具有一般工基本具有工不具有工程工程应用与程应用与工程程应用与项程应用与项应用与工程工程设计软设计软件应设目设计软件目设计软件设计软件应件应设计开计开发的能应设计开发应设计开发设计开发的发的能力。力。的能力。的能力。能力。目标2. 4：具有良好的有较好的沟通具有较好的有一定的沟不能进行有沟通能力，能能力，与小组沟通能力，能通与协作能效沟通、未能够在小组中发挥积极作用，带着小组成员很好地分析并解决问题。成员良好合作，共同分析问题、解决问题。够协助小组成员解决问题。力，在小组其他成员帮助下，基本能够解决问题。解决问题。目标3. 1 ：实验报告格实验报告格式实验报告格实验报告格实验报告有式规范，文字规范，文字严式比拟规范，式基本规范，明显的抄袭严谨，内容正谨，内容比拟文字比拟严文字严谨，内痕迹，不能正确，条理性正确，条理性谨，内容正容基本正确，确问答所提好，无抄袭痕迹，图文并茂；能正确问好，无抄袭痕迹，图文并茂；能比拟正确问确，条理性好，无抄袭痕迹，图文并条理性好，无抄袭痕迹，图文并茂；能基的问题。答所提的问题。答所提的问题。茂；能比拟正确问答所提的问题。本正确问答所提的问题。（3）课程考试评分标准课程目标评分标准 90-100 （优） 80-89 （良） 70-79 （中） 60-69 （及格） 0-59 （不及格）目标1.1: 能够深入理能够较好地理能够理解数基本理解数不理解数据解数据的机解数据的机器据的机器级据的机器级的机器级表器级表示以级表示以及运表示以及运表示以及运示以及运算及运算方法算方法和运算算方法和运算方法和运方法和运算和运算部件。部件。算部件。算部件。部件。目标1. 2：能够很好地较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算理解计算机算机指令系统算机指令系算机指令系机指令系统指令系统以以及中央处理统以及中央统以及中央以及中央处及中央处理器。器。处理器。处理器。理器。目标1. 3：能够深入理能够较好地理能够理解指基本理解指不理解指令解指令流水解指令流水令流水线，与令流水线，与流水线，与线，与CPU连线，与CPU连 CPU连接及编 CPU连接及编 CPU连接及编接及编制响接及编制响应制响应的初制响应的初制响应的初应的初始化的初始化程序始化程序和始化程序和始化程序和程序和应用程序。和应用程序。应用程序。应用程序。应用程序。目标1. 4：很好地理解较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算计算机系统算机系统分层算机系统分算机系统分机系统分层分层体系结构。体系结构。层体系结构。层体系结构。体系结构。目标2.1：具有很强的具有较强的计具有一般的基本具有计不具有计算计算机应用算机应用系统计算机应用算机应用系机应用系统系统软硬件软硬件设计与系统软硬件统软硬件设软硬件设计设计与开发能力。开发能力。设计与开发能力。计与开发能力。与开发能力。目标2. 2：具有很强的具有较强的接具有一般的基本具有接不具有接口接口电路控口电路控制字接口电路控口电路控制电路控制字制字编程、初编程、初始化制字编程、初字编程、初始编程、初始化始化编程应编程应用的能始化编程应化编程应用编程应用的用的能力。力。用的能力。的能力。能力。目标2. 3：具有很强的具有较强的工具有一般工基本具有工不具有工程工程应用与程应用与工程程应用与项程应用与项应用与工程

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